例析多倍體培育的若干途徑

安徽省靈璧一中 寧曉水 吳浩

例析多倍體培育的若干途徑

安徽省靈璧一中 寧曉水 吳浩

多倍體是指體細胞中含有三個或三個以上染色體組的個體。多倍體在生物界廣泛存在，常見于高等植物中。根據(jù)染色體組來源，多倍體可分為同源多倍體和異源多倍體兩種。獲取多倍體的途徑有很多，考題中常涉及以下幾種。

一、秋水仙素處理

秋水仙素的作用機理在于它能抑制細胞分裂時紡錘體的形成，染色單體分裂，但細胞質(zhì)不分離導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍。如單倍體育種和多倍體育種借助秋水仙素均可獲得多倍體。

例1二倍體植物甲（2N=10）和二倍體植物乙（2n=10）進行有性雜交，得到的F1不育。以物理撞擊的方法使F1在減數(shù)分裂時整套的染色體分配至同一個配子中，再讓這樣的雌雄配子結(jié)合產(chǎn)生F2。下列有關(guān)敘述正確的是（）。

A.植物甲和植物乙能進行有性雜交，說明它們屬于同種生物

B.F1體細胞中含有四個染色體組，其染色體組成為2N+2n

C.若用適宜濃度的秋水仙素處理F1幼苗，則長成的植株是可育的

D.物理撞擊的方法導(dǎo)致配子中染色體數(shù)目加倍，產(chǎn)生的F2為二倍體

解析根據(jù)題意，植物甲和植物乙的雜交后代不育，說明兩者存在生殖隔離，不是同一物種。F1體細胞中含有兩個染色體組，其染色體組成為N+n。若用適宜濃度的秋水仙素處理F1幼苗，則長成的植株的染色體組成為2N+2n，即有同源染色體，可育。物理撞擊方法產(chǎn)生的F2為四倍體。

答案C

例2多倍體魚類較正常魚個體大、生長快速、抗病性強。下面是采用低溫和秋水仙素處理，利用二倍體魚培育多倍體魚的示意圖。下列選項正確的是（）。

A.由a、b分別受精后發(fā)育成的①和②所含染色體組數(shù)目相同

B.育種過程中可發(fā)生三種可遺傳的變異

C.秋水仙素阻止染色單體分離導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍

D.①中雌雄個體雜交產(chǎn)生的后代基因型可能不同

解析圖中①是由含有兩個染色體組的卵細胞和一個染色體組的精子結(jié)合而成的，含有三個染色體組，②是由二倍體的受精卵在有絲分裂過程中經(jīng)秋水仙素處理發(fā)育而成的，含有四個染色體組。在減數(shù)第一次分裂間期、有絲分裂間期可能發(fā)生基因突變，產(chǎn)生配子的過程中可以發(fā)生基因重組，低溫和秋水仙素處理導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍為染色體變異。秋水仙素抑制紡錘體形成從而導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍。個體①為三倍體，不能進行有性生殖。

答案B

二、植物體細胞雜交

例3下圖所示為細胞融合的簡略過程，請據(jù)圖回答：

（1）若A、B是植物細胞，則之前_______已用去除了細胞壁。常用來誘導(dǎo)細胞融合的化學(xué)試劑是_______。

（2）若A是番茄原生質(zhì)體，B為馬鈴薯原生質(zhì)體，D需要再生出_______。通過植物組織培養(yǎng)技術(shù)把D培養(yǎng)成雜種植株，D個體_______（選填“可育”或“不育”）。這種育種方式的優(yōu)點是______________＿。利用上圖原理，育種工作者還可以進行_______育種。

解析（1）植物體細胞雜交過程中，需要用纖維素酶和果膠酶處理，得到原生質(zhì)體。在促融時常用聚乙二醇（PEG）。（2）原生質(zhì)體融合成功的標志是雜種細胞再生出細胞壁，植物體細胞雜交能克服遠緣雜交不親和的障礙，得到的雜種植株是多倍體，體細胞內(nèi)有同源染色體，可以正常進行減數(shù)分裂產(chǎn)生配子，是可育的。若用同種植物的細胞進行融合，則可以進行多倍體育種。

答案（1）纖維素酶、果膠酶（酶解法）聚乙二醇（PEG）（2）細胞壁可育按照人們的意愿改變了生物的遺傳物質(zhì)，克服了遠緣雜交不親和的障礙多倍體

三、有性雜交

如利用二倍體與四倍體雜交獲得三倍體，普通小麥由三種不同植物通過種間雜交形成。例4無子西瓜是由二倍體（2n=22）與同源四倍體雜交后形成的三倍體?；卮鹣铝袉栴}：（1）雜交時選用四倍體植株作母本，用二倍體植株作父本，取其花粉涂在四倍體植株的_______

上，授粉后套袋。四倍體植株產(chǎn)生的雌配子含有_______條染色體，該雌配子與二倍體植株產(chǎn)生的雄配子結(jié)合，形成含有_______條染色體的合子。

（2）上述雜交獲得的種子可發(fā)育為三倍體植株。該植株會產(chǎn)生無子果實，該果實無子的原因是三倍體的細胞不能進行正常的_______分裂。

（3）為了在短期內(nèi)大量繁殖三倍體植株，理論上可以采用的方法。

解析（1）利用多倍體育種技術(shù)培育無子西瓜時，在二倍體西瓜的幼苗期，用秋水仙素處理得到四倍體植株。以四倍體植株作母本，用二倍體植株作父本，把得到的種子種下去會長出三倍體植株。由于三倍體植株在減數(shù)分裂時聯(lián)會紊亂，無法形成正常的配子，所以在其開花后用二倍體的花粉涂抹其雌蕊或柱頭，即可利用花粉產(chǎn)生的生長素刺激子房發(fā)育成果實。由于沒有受精，所以果實里沒有種子，即為無子西瓜。四倍體植株由二倍體植株經(jīng)染色體數(shù)目加倍而來，體細胞中含有22×2=44條染色體，減數(shù)分裂產(chǎn)生的雌配子所含的染色體數(shù)目為體細胞的一半（22條），二倍體植株產(chǎn)生的雄配子含有11條染色體，兩者結(jié)合形成含有33條染色體的受精卵。（2）三倍體植株體細胞中的染色體含有三個染色體組，減數(shù)分裂時會發(fā)生聯(lián)會紊亂而無法形成正常的配子。（3）利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)可以快速、大量繁殖植物幼苗。

答案（1）雌蕊（或柱頭）2233（2）減數(shù)（3）組織培養(yǎng)

四、利用胚乳誘導(dǎo)

例5某研究小組對秈稻開展了組織培養(yǎng)及相關(guān)研究。秈稻的胚乳（3n）由一個精子與兩個極核受精發(fā)育而成。若用秈稻種子的胚乳誘導(dǎo)愈傷組織，培育三倍體，需適時剔除胚，以免胚的存在影響愈傷組織細胞_______的，還可避免再生苗中有_______。

解析利用胚乳誘導(dǎo)愈傷組織，由于胚中含有植物激素，會影響愈傷組織的增殖和分化，需適時剔除胚。因為胚是由受精卵發(fā)育而來的，是二倍體。剔除胚也可以避免再生苗中混有二倍體幼苗。

答案增殖和分化二倍體幼苗

五、利用卵細胞+極體+精子結(jié)合獲得

例6為解決二倍體普通牡蠣在夏季因產(chǎn)卵而出現(xiàn)肉質(zhì)下降的問題，人們培育出三倍體牡蠣。利用普通牡蠣培育三倍體牡蠣合理的方法是（）。

A.利用水壓抑制受精卵的第一次卵裂，然后培育形成新個體

B.用被射線破壞了細胞核的精子刺激卵細胞，然后培育形成新個體

C.將早期胚胎細胞的細胞核植入去核卵細胞中，然后培育形成新個體

D.用化學(xué)試劑阻止受精后的次級卵母細胞釋放極體，然后培育形成新個體

解析利用水壓抑制受精卵的第一次卵裂，使細胞中的染色體數(shù)目加倍，將發(fā)育成四倍體的個體。B項處理之后，新個體其實由卵細胞直接發(fā)育而來，因此新個體是含有一個染色體組的單倍體。利用胚胎細胞進行克隆，獲得的個體依然是二倍體。受精后的次級卵母細胞中含有三個染色體組，一個來自精子，一個將分配到卵細胞中，一個將分配到極體中，若阻斷次級卵母細胞釋放極體，則三個染色體組共存于受精卵中，由受精卵發(fā)育為三倍體的新個體，D項正確。

答案D

例7鱒魚的眼球顏色和體表顏色分別由等位基因A、a和B、b控制?，F(xiàn)以紅眼黃體鱒魚和黑眼黑體鱒魚為親本，進行雜交實驗，正交和反交結(jié)果相同。實驗結(jié)果如圖所示。

三倍體黑眼黃體鱒魚具有優(yōu)良的品質(zhì)?？蒲腥藛T以親本中的黑眼黑體鱒魚為父本，以親本中的紅眼黃體鱒魚為母本，進行人工授精。用熱休克法抑制受精后的次級卵母細胞排出極體，受精卵最終發(fā)育成三倍體黑眼黃體鱒魚，其基因型是。由于三倍體鱒魚，導(dǎo)致其高度不育，因此每批次魚苗均需重新育種。

解析父本為黑眼黑體，配子應(yīng)為ab或Ab，母本為紅眼黃體，熱休克法抑制次級卵母細胞分裂，即配子為aaBB，形成黑眼黃體，均是顯性性狀，所以三倍體魚的基因型為AaaBBb。三倍體在減數(shù)分裂時聯(lián)會紊亂，難以形成正常的配子，所以高度不育。

答案AaaBBb不能進行正常的減數(shù)分裂，難以產(chǎn)生正常的配子（或在減數(shù)分裂過程中，染色體聯(lián)會紊亂，難以產(chǎn)生正常的配子）

六、利用加倍的卵細胞與精子結(jié)合

例8低溫誘導(dǎo)可使二倍體草魚卵原細胞在減數(shù)第一次分裂時不形成紡錘體，從而產(chǎn)生染色體數(shù)目加倍的卵細胞，此卵細胞與精子結(jié)合發(fā)育成三倍體草魚胚胎。上述過程中產(chǎn)生下列四種細胞，下圖所示四種細胞的染色體行為（以二倍體草魚體細胞含有兩對同源染色體為例）可出現(xiàn)的是（）。

解析由于低溫誘導(dǎo)可使二倍體草魚卵原細胞在減數(shù)第一次分裂時不形成紡錘體，所以初級卵母細胞不發(fā)生同源染色體分離，A項錯誤。卵原細胞在減數(shù)第一次分裂時不形成紡錘體，同源染色體沒有分離，所以次級卵母細胞中含有同源染色體，著絲點分裂后，移向細胞一極的染色體有同源染色體，B項正確。由于產(chǎn)生染色體數(shù)目加倍的卵細胞，所以卵細胞中應(yīng)含有4條染色體，C項錯誤。由于染色體數(shù)目加倍的卵細胞與精子結(jié)合發(fā)育成三倍體草魚胚胎，所以胚胎細胞中含有6條兩種形態(tài)的染色體，D項錯誤。

答案B